TFT液晶顯示原理與技術(shù)

前言

　　以TFTLCD為代表的新型平板顯示器件和半導(dǎo)體集成電路是信息產(chǎn)業(yè)兩大基石，涉及技術(shù)面寬，產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)力大，是國(guó)家工業(yè)化能力和競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)?！　‘?dāng)前，TFTLCD為代表的平板顯示技術(shù)正在快速替代以彩色顯像管（CRT）為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)顯示技術(shù)，國(guó)內(nèi)電視和顯示器產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。2008年，全球液晶電視出貨已超過(guò)1億臺(tái)，占電視市場(chǎng)50％以上，預(yù)計(jì)2012年將超過(guò)80％。我國(guó)平板顯示產(chǎn)業(yè)起步晚，企業(yè)規(guī)模小，目前尚未形成32英寸以上大尺寸液晶電視面板規(guī)模的生產(chǎn)能力，大尺寸液晶顯示面板仍受制于人，多年積累的CRT電視和顯示器產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻的替代危機(jī)。我國(guó)電視全球市場(chǎng)占有率從CRT。時(shí)代50％以上降至目前20％左右，其中液晶電視全球市場(chǎng)占有率不足8％，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)正在喪失。這一尷尬局面也表現(xiàn)在工業(yè)和軍事科技等領(lǐng)域?！　×硪环矫妫詳?shù)字化、平板化和4C整合為特點(diǎn)的新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)和重組已在全球范圍內(nèi)展開(kāi)。能否抓住機(jī)遇將直接影響到我國(guó)未來(lái)20年的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。如果我國(guó)不發(fā)展TFT LCD產(chǎn)業(yè)，不僅會(huì)失去下一代產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的機(jī)會(huì)，而且在微電子、光電子、核心材料、裝備和特種顯示等技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外的差距會(huì)進(jìn)一步拉大。　　可喜的是，我國(guó)政府、企業(yè)、投資者、高校與科研機(jī)構(gòu)對(duì)堅(jiān)持自主創(chuàng)新和發(fā)展TFTLCD產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略意義已形成共識(shí)。溫家寶總理在2008年政府工作報(bào)告中提出將新型顯示器列為國(guó)家重大高科技產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，總理將顯示器產(chǎn)業(yè)列于年度工作報(bào)告中，足以表明政府的重視程度。在政府、企業(yè)界、高校、科研和投資機(jī)構(gòu)攜手，經(jīng)過(guò)多年艱苦努力，我國(guó)平板顯示產(chǎn)業(yè)已具有一定實(shí)力，為參與全球競(jìng)爭(zhēng)奠定了發(fā)展基礎(chǔ)。　　TFT LCD等新型平板顯示器產(chǎn)業(yè)是技術(shù)、資本和人才密集型產(chǎn)業(yè)，其中人才是關(guān)鍵要素。專業(yè)人才培養(yǎng)主要依靠大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。日、韓各約有30所大學(xué)、中國(guó)臺(tái)灣也約有20所大學(xué)設(shè)有顯示及相關(guān)專業(yè)，每年培養(yǎng)數(shù)萬(wàn)工程技術(shù)人員。就是這樣，全球人才仍然緊缺。中國(guó)大陸設(shè)有顯示相關(guān)專業(yè)的大學(xué)數(shù)量較少，這方面專業(yè)人才，特別是較為頂尖人才更緊缺。因此，推動(dòng)顯示技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)和成長(zhǎng)，是企業(yè)、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)共同的責(zé)任。田民波教授多年來(lái)致力于平板顯示技術(shù)研究，并承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家重要課題和國(guó)際合作項(xiàng)目，是備受尊敬的專家。

內(nèi)容概要

TFT LCD液晶顯示器在平板顯示器中脫穎而出，在顯示器市場(chǎng)獨(dú)占鰲頭。目前以TFT LCD為代表的平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，為適應(yīng)平板顯示產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的要求，本書(shū)作者編寫(xiě)了薄型顯示器叢書(shū)。    本冊(cè)闡述TFT液晶顯示的基本原理和技術(shù)，共分4章：第1章介紹液晶顯示的歷史和現(xiàn)狀；第2章以近乎動(dòng)（畫(huà)）、漫（畫(huà)）的形式形象直觀地介紹了液晶材料和液晶顯示的入門(mén)知識(shí)；第3、4章是TFT LCD液晶顯示器的基礎(chǔ)，分別介紹了液晶化學(xué)與物理簡(jiǎn)論、液晶顯示器及其顯示特性。本書(shū)內(nèi)容系統(tǒng)完整、詮釋確切、圖文并茂、深入淺出，特別是本書(shū)內(nèi)容源于生產(chǎn)一線，具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。    本書(shū)適合作為大學(xué)或研究所各相關(guān)專業(yè)的教科書(shū)，特別適合產(chǎn)業(yè)界技術(shù)人員閱讀。

書(shū)籍目錄

序前言第1章  液晶顯示的歷史和現(xiàn)狀  1.1  液晶的發(fā)現(xiàn)和液晶顯示的發(fā)明    1.1.1  液晶的發(fā)現(xiàn)    1.1.2  液晶在液晶顯示器中的關(guān)鍵作用    1.1.3  液晶顯示器的發(fā)明    1.1.4  液晶顯示器的發(fā)展史    1.1.5  各類電子顯示器的對(duì)比    1.1.6  電子顯示器與互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)    1.1.7  液晶顯示器所涉及的學(xué)科體系  1.2  TFT LCD 20年發(fā)展回顧    1.2.1  實(shí)用TFT LCD的三次重大突破    1.2.2  TFT LCD產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過(guò)程    1.2.3  多樣化技術(shù)支撐更大的產(chǎn)業(yè)    1.2.4  顯示屏尺寸的大型化    1.2.5  玻璃基板生產(chǎn)線的更新?lián)Q代    1.2.6  顯示品位的提高  1.3  TFT LCD研究開(kāi)發(fā)的課題    1.3.1  擴(kuò)大視角    1.3.2  提高響應(yīng)速度    1.3.3  高質(zhì)量動(dòng)畫(huà)顯示技術(shù)    1.3.4  色表現(xiàn)技術(shù)    113.5  背光源的改進(jìn)  1.4  TFT液晶及薄型顯示器產(chǎn)業(yè)    1.4.1  迅速擴(kuò)展的薄型顯示器市場(chǎng)    1.4.2  信息社會(huì)中顯示器制品的應(yīng)用領(lǐng)域    1.4.3  顯示器的市場(chǎng)規(guī)模第2章  液晶顯示入門(mén)  2.1  從液晶分子的基本單元談起    2.1.1  熱運(yùn)動(dòng)和凝聚力——決定物質(zhì)狀態(tài)的兩大因素    2.1.2  流動(dòng)性和各向異性——液晶用于顯示的兩個(gè)基本特性    2.1.3  膽甾醇分子的基本單元——苯環(huán)、碳?xì)滏満蚈H基    2.1.4  安息香酸酯——最初發(fā)現(xiàn)的液晶    2.1.5  液晶分子的基本結(jié)構(gòu)形態(tài)——板狀和棒狀液晶分子    2.1.6  液晶分子中各種各樣的極性基    2.1.7  液晶分子的三種基本排列方式  2.2  液晶分子與范德瓦耳斯力    2.2.1  藉由改變液晶分子的排列狀態(tài)實(shí)現(xiàn)液晶顯示    2.2.2  碳?xì)浠衔镏械姆兜峦叨沽?   2.2.3  如何改良液晶材料的工作溫度    2.2.4  液晶分子的排列與范德瓦耳斯力    2.2.5  如何控制范德瓦耳斯力  2.3  試制一個(gè)液晶盒    2.3.1  電壓作用下的液晶分子    2.3.2  如何實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示    2.3.3  不可缺少的透明電極    2.3.4  液晶盒的構(gòu)成及顯示器的制作流程    2.3.5  玻璃基板的處理    2.3.6  透明電極的圖形化    2.3.7  液晶分子的排列方式和取向方法    2.3.8  做成液晶盒  2.4  偏振光和液晶的雙折射    2.4.1  液晶分子的結(jié)構(gòu)和排列決定顯示器的類型和工作方式    2.4.2  橫波、縱波及全方位光（自然光）    2.4.3  液晶顯示器需要利用偏振光    2.4.4  單軸性晶體和雙折射    2.4.5  向列液晶的雙折射    2.4.6  偏光片的制作方法    2.4.7  電場(chǎng)效應(yīng)雙折射型液晶顯示器的工作原理  2.5  螺旋排列液晶與手性液晶分子    2.5.1  如何認(rèn)識(shí)膽甾相型（螺旋排列）液晶    2.5.2  螺旋排列在何種情況下才能出現(xiàn)？    2.5.3  左右對(duì)稱的液晶分子的結(jié)構(gòu)    2.5.4  膽甾相型液晶分子的立體結(jié)構(gòu)    2.5.5  不對(duì)稱碳的存在導(dǎo)致光學(xué)各向異性    2.5.6  圓錐形螺旋排列和平板形螺旋排列    2.5.7  光射入螺旋排列的物質(zhì)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？    2.5.8  外加電壓作用在螺旋排列液晶上    2.5.9  螺旋光射入螺旋排列液晶會(huì)發(fā)生什么變化？  2.6  各種類型的液晶顯示器    2.6.1  液晶顯示器的各種不同工作方式    2.6.2  利用拆開(kāi)螺旋排列進(jìn)行顯示的液晶顯示器    2.6.3  扭曲向列型液晶顯示器    2.6.4  鐵電液晶型顯示器    2.6.5  賓-主（GH）型液晶顯示器    2.6.6  液晶的電阻    2.6.7  液晶的介電常數(shù)  2.7  彩色化及動(dòng)畫(huà)顯示    2.7.1  透明電極    2.7.2  液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)與顯示    2.7.3  薄膜三極管（TFT）    2.7.4  實(shí)現(xiàn)彩色化的各種方式第3章  液晶化學(xué)與物理簡(jiǎn)論  3.1  液晶材料基礎(chǔ)    3.1.1  液晶狀態(tài)    3.1.2  液晶分子    3.1.3  液晶物性  3.2  液晶顯示屏的基本結(jié)構(gòu)及工作原理    3.2.1  顯示屏的基本構(gòu)造及屏內(nèi)液晶分子取向    3.2.2  取向處理與液晶分子的界面取向    3.2.3  利用液晶分子取向變化實(shí)現(xiàn)光透射強(qiáng)度開(kāi)關(guān)  3.3  液晶顯示器的基本特征    3.3.1  閾值（臨界）電壓特征    3.3.2  時(shí)間響應(yīng)特性    3.3.3  光學(xué)特性  3.4  灰階顯示特性及全色顯示原理    3.4.1  灰階顯示    3.4.2  全色顯示    3.4.3  畫(huà)質(zhì)評(píng)價(jià)  3.5  顯示與視覺(jué)工學(xué)    3.5.1  人的視覺(jué)特性    3.5.2  人眼的順應(yīng)特性    3.5.3  畫(huà)角（視場(chǎng)角）與臨場(chǎng)感    3.5.4  大尺寸與全高清（full HD）    3.5.5  清晰度與圖像分辨率    3.5.6  顯示性能與主觀評(píng)價(jià)指針第4章  液晶顯示器及其顯示特性  4.1  LCD的基本結(jié)構(gòu)及分類    4.1.1  LCD的基本結(jié)構(gòu)    4.1.2  LCD的分類    4.1.3  LCD顯示原理    4.1.4  LCD彩色顯示  4.2  液晶顯示器的顯示性能    4.2.1  圖像分辨率    4.2.2  像素?cái)?shù)與顯示屏顯示規(guī)格    4.2.3  像素節(jié)距    4.2.4  顯示尺寸（顯示區(qū)域）    4.2.5  寬高比    4.2.6  開(kāi)口率    4.2.7  灰階與顯示色數(shù)    4.2.8  對(duì)比度    4.2.9  液晶顯示器的壽命    4.2.10  液晶顯示器顯示性能匯總  4.3  液晶顯示器顯示性能的改進(jìn)    4.3.1  透射率及提高亮度的措施    4.3.2  視角及增大視角的措施    4.3.3  響應(yīng)速度及提高響應(yīng)速度的措施  4.4  玻璃母板尺寸和畫(huà)面尺寸的發(fā)展趨勢(shì)    4.4.1  玻璃母板尺寸越來(lái)越大    4.4.2  關(guān)于液晶生產(chǎn)線的“代”    4.4.3  畫(huà)面向?qū)捚涟l(fā)展，像素向高精細(xì)化發(fā)展    4.4.4  生產(chǎn)設(shè)備由批量式到單片式  4.5  采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)的液晶顯示器    4.5.1  采用新結(jié)構(gòu)的液晶顯示器    4.5.2  采用新材料的液晶顯示器    4.5.3  采用新技術(shù)的液晶顯示器  4.6  液晶顯示器的最新技術(shù)動(dòng)向    4.6.1  液晶電視用TFT LCD    4.6.2  中小型TFT LCD    4.6.3  In-Cell化技術(shù)    4.6.4  全球金融危機(jī)下的液晶顯示器產(chǎn)業(yè)參考文獻(xiàn)薄型顯示器常用縮略語(yǔ)注釋

章節(jié)摘錄

　　在液晶顯示器中，液晶材料的使用量是極少的。對(duì)于12型（畫(huà)面對(duì)角線為12英寸，即30cm）液晶顯示器來(lái)說(shuō)，大約是230mg，若一滴眼藥按50mg計(jì)，僅僅是5滴眼藥的程度。　　液晶材料用量是如此之少，卻又起著不可替代的作用，足以看出液晶對(duì)于液晶顯示器的重要性?！　?.1.2.2 對(duì)液晶材料要求的特性　　液晶顯示器中使用的液晶材料，需具備下述特性，而為了改善視覺(jué)特性，以獲得便于觀視且賞心悅目的液晶顯示器，所述項(xiàng)目也是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提高的重點(diǎn)。　?、匐妷海航档万?qū)動(dòng)電壓，減少功耗；　　②溫度：擴(kuò)大從低溫到高溫穩(wěn)定的工作溫度范圍；　　③黏滯性（黏度）：對(duì)應(yīng)動(dòng)畫(huà)顯示等，響應(yīng)特性的改善；　　④折射率：調(diào)整色調(diào)，以獲得鮮艷且白色純正的顯示效果；　?、莞纳崎_(kāi)關(guān)ON／OFF的響應(yīng)特性，提高對(duì)比度等?！　闈M足上述多方面的要求，對(duì)于實(shí)際用于液晶顯示器的液晶來(lái)說(shuō)，一般是以酯系、聯(lián)苯系、席夫堿系液晶母材為基礎(chǔ)，由多種材料調(diào)和而成的?！　￡P(guān)于新型液晶材料的開(kāi)發(fā)，請(qǐng)見(jiàn)8.4 節(jié)及9.4.4 節(jié)?！　?.1.3 液晶顯示器的發(fā)明　　1.1.3.1 液晶顯示器是科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物　　在GeorgeFreidel之后，液晶研究暫時(shí)步入低潮，也有人說(shuō)，1930-1960年期間是液晶研究的空白期（表1-1）。究其原因，大概是由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)液晶的實(shí)際應(yīng)用。但是，在此期間，半導(dǎo)體電子工學(xué)卻獲得長(zhǎng)足進(jìn)展。為使液晶能在顯示器中應(yīng)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工學(xué)的進(jìn)步，這些技術(shù)早已不在話下。20世紀(jì)40年代，開(kāi)發(fā)出硅半導(dǎo)體，利用傳導(dǎo)電子的n半導(dǎo)體和傳導(dǎo)空穴的p型半導(dǎo)體構(gòu)成pn結(jié)（pnjunction），，發(fā)明了二極管和三極管。在此之前，在電路中為實(shí)現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用真空二極管，而要實(shí)現(xiàn)放大功能，要采用真空三極管。這些大而笨重的器件完全可以由半導(dǎo)體二極管和三極管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體，特別是極薄的膜層中，即可實(shí)現(xiàn)整流、放大功能，從而電子回路實(shí)現(xiàn)了小型化?！　〗又?，光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包括二極管、三極管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細(xì)化。這種技術(shù)簡(jiǎn)稱為光刻（photolithography）。photo即光，lithography意為石版畫(huà)。photolithography除表示照相技術(shù)之外，還有在像石頭那樣的硬板上利用光加工制作“巖畫(huà)”的技術(shù)。

編輯推薦

　　叢書(shū)特點(diǎn)　　TFT LCD是多元知識(shí)和技能的總匯，涉及專業(yè)包括物理和化學(xué)、光學(xué)、材料、色彩工程、驅(qū)動(dòng)電路、制程技術(shù)等多學(xué)科的原理和技術(shù)應(yīng)用。　　本系列著作兼顧原理與技術(shù)，產(chǎn)業(yè)制造與發(fā)展前景，適合專家研究與新入門(mén)者學(xué)習(xí)參考，更以深入淺出的文字及圖解加深讀者的理解。

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